專利名稱：差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的控制方法，具體地說，是一種差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
預(yù)冷是冷藏鏈工程中的第一環(huán)節(jié)，也是極其重要的一個環(huán)節(jié)。研究表明，在整個冷藏鏈中，不經(jīng)預(yù)冷處理的果蔬在流通中損失約為25％-30％，而經(jīng)預(yù)冷處理的果蔬其損失率僅為5％-10％，目前，我國果蔬種植面積達(dá)2.7億畝，果蔬產(chǎn)量達(dá)4.86億噸，已躍居世界第一，每年因冷鏈工程的不完善而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
空氣預(yù)冷是利用冷空氣的強(qiáng)制對流來實現(xiàn)果蔬冷卻的預(yù)冷方法，根據(jù)氣流是否有組織地流過而分為強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷和差壓預(yù)冷兩種形式。強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷是較早采用的一種冷卻方式，它是將果蔬放置在高溫冷藏庫內(nèi)，利用通風(fēng)機(jī)將冷空氣強(qiáng)制流過果蔬表面的冷卻方法，該方法簡單易行，費用低，但果蔬的干耗大、冷卻速度慢(預(yù)冷周期一般為12～24小時)且溫度分布不均勻，容易出現(xiàn)凍害。差壓預(yù)冷是空氣預(yù)冷的一種新形式，它是利用差壓風(fēng)機(jī)的抽吸作用，在包裝容器的兩側(cè)形成一定的壓力差，使冷空氣經(jīng)包裝容器上的通風(fēng)孔強(qiáng)制通過包裝容器內(nèi)部，與果蔬表面直接進(jìn)行換熱，從而使物品快速、均勻地冷卻到工藝要求的溫度范圍的預(yù)冷方法。
預(yù)冷過程是一個動態(tài)的過程，是制冷系統(tǒng)冷量輸出與貨物冷卻冷量消耗和風(fēng)機(jī)冷量消耗相互匹配的一個過程，風(fēng)機(jī)冷量消耗與風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)頻率的3次方成正比，不同的預(yù)冷工況，風(fēng)機(jī)也應(yīng)在不同的運轉(zhuǎn)頻率下工作。差壓風(fēng)機(jī)變頻運轉(zhuǎn)是制冷系統(tǒng)冷量輸出與貨物冷卻冷量消耗匹配的最優(yōu)橋梁。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利(申請)號為200520025468.2的“微型節(jié)能壓差預(yù)冷庫”的專利，該專利涉及差壓風(fēng)量的調(diào)整，該風(fēng)量變化是通過一個風(fēng)閥的調(diào)節(jié)完成，沒有利用風(fēng)機(jī)變頻的方式調(diào)整風(fēng)量。在進(jìn)一步的檢索中，均沒有發(fā)現(xiàn)有涉及風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)控制方式的文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法，使其最大程度的降低風(fēng)機(jī)能量消耗，提高預(yù)冷速率。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明采用的部件包括觸摸屏、微處理器、變頻器、風(fēng)機(jī)、溫度傳感器，其中，觸摸屏實現(xiàn)人機(jī)交互，完成基本參數(shù)的輸入；微處理器接收觸摸屏輸入?yún)?shù)和溫度傳感器反饋參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化計算，輸出即時最優(yōu)的風(fēng)機(jī)運行頻率；變頻器接收微處理器輸出風(fēng)機(jī)運行頻率，控制風(fēng)機(jī)按優(yōu)化的頻率運行；風(fēng)機(jī)在變頻器控制下按既定的頻率運行；溫度傳感器反饋預(yù)冷過程中產(chǎn)品溫度實際的下降過程，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差。
所述的觸摸屏，主要完成Nstack、Ncol、Nraw、Nlayer、RB、ΔP標(biāo)、Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)、Q標(biāo)_制冷機(jī)八個基本參數(shù)的輸入，其中RB貨箱通風(fēng)面開孔率Nstack獨立堆數(shù)Ncol垂直風(fēng)向貨箱疊放行數(shù)Nraw貨箱碼放列數(shù)Nlayer每堆貨物層數(shù)ΔP標(biāo)風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)壓PaQ標(biāo)_風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)的額定功率Q標(biāo)_制冷機(jī)制冷機(jī)的額定制冷能力w所述的微處理器，其優(yōu)化計算的原理為差壓風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)是制冷系統(tǒng)冷量輸出與貨物冷卻冷量消耗匹配的一個橋梁，但由于風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)自身消耗能量，制冷系統(tǒng)冷量的輸出Qcool必須等于貨物冷卻放出的熱量Qheat_貨物與風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)發(fā)熱量Qheat_風(fēng)機(jī)之和，即Qcool＝Qheat_貨物+Qheat_風(fēng)機(jī)(1)由于風(fēng)機(jī)能量的消耗與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方關(guān)系成正比，風(fēng)機(jī)能量消耗在系統(tǒng)能量消耗中占有重要的比例，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增加風(fēng)的流通量，可降低系統(tǒng)換熱溫差，從而提高制冷系統(tǒng)的冷量輸出能力，但同時也增加了風(fēng)機(jī)功率消耗；降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低了風(fēng)機(jī)功率消耗，但同時也減小風(fēng)的流通量，加大系統(tǒng)換熱溫差，減小了制冷系統(tǒng)的冷量輸出能力。所以在預(yù)冷過程中風(fēng)機(jī)運行存在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，而不是固定不變的。
若要保持貨物最快的冷卻速率和最低的能量消耗，則風(fēng)機(jī)應(yīng)在預(yù)冷過程中每一時刻都能在最大的貨物放熱量Qcool下工作Max(Qcool)|050(2)其中|050表示風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)頻率在0-50赫茲范圍內(nèi)這也是差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制基本原理。
本發(fā)明采用風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)控制方式，有益效果為差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)變頻優(yōu)化運行可最大程度的降低風(fēng)機(jī)能量消耗，提高預(yù)冷速率；預(yù)冷過程中，風(fēng)機(jī)變頻優(yōu)化運行方法較風(fēng)機(jī)標(biāo)況運行方法風(fēng)機(jī)能量消耗可降低10％-50％，預(yù)冷時間可縮短1％-3％。


圖1為差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行能量轉(zhuǎn)移2為差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行系統(tǒng)圖，其中包括觸摸屏1，微處理器2，變頻器3，風(fēng)機(jī)4和溫度傳感器5。
圖3為差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)運行結(jié)果圖4為差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行結(jié)果具體實施方式
如圖1所示，預(yù)冷過程是一個動態(tài)的平衡過程，是制冷系統(tǒng)冷量輸出與貨物冷卻冷量消耗和風(fēng)機(jī)冷量消耗相互匹配的一個過程。差壓風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)是制冷系統(tǒng)冷量輸出與貨物冷卻冷量消耗匹配的一個橋梁，但由于風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)自身消耗能量，按照能量守恒的原則，制冷系統(tǒng)冷量的輸出Qcool必須等于貨物冷卻放出的熱量Qheat_貨物與風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)發(fā)熱量Qheat_風(fēng)機(jī)之和。預(yù)冷過程中，在不減小貨物冷卻冷量消耗速率的前提下，最大程度的降低風(fēng)機(jī)能量消耗，則可提高制冷系統(tǒng)冷量利用率，降低系統(tǒng)能量消耗，提高預(yù)冷速率，這是差壓風(fēng)機(jī)變頻運行優(yōu)化的基本方法。
如圖2所示，實施差壓風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行的裝置系統(tǒng)由觸摸屏1、微處理器2、變頻器3、風(fēng)機(jī)4、溫度傳感器5組成。觸摸屏1與微處理器2相接，微處理器2與變頻器3相接，變頻器3與風(fēng)機(jī)4相接，溫度傳感器5與微處理器2相接。觸摸屏1實現(xiàn)人機(jī)交互，完成基本參數(shù)的輸入；微處理器2接收觸摸屏輸入?yún)?shù)和溫度傳感器反饋參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化計算，輸出即時最優(yōu)的風(fēng)機(jī)運行頻率；變頻器3接收微處理器輸出風(fēng)機(jī)運行頻率，控制風(fēng)機(jī)按優(yōu)化的頻率運行；風(fēng)機(jī)4在變頻器控制按既定的頻率運行；溫度傳感器5反饋預(yù)冷過程中產(chǎn)品溫度實際的下降過程，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差。
所述的觸摸屏1主要完成Nstack、Ncol、Nraw、Nlayer、RB、ΔP標(biāo)、Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)、Q標(biāo)_制冷機(jī)八個基本參數(shù)的輸入。
所述的微處理器2，優(yōu)化計算具體方程組為①差壓預(yù)冷過程中冷風(fēng)與果蔬間的瞬態(tài)換熱速率計算公式為 其中 冷風(fēng)與果蔬間的瞬態(tài)換熱速率wΔP貨箱迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓力差PaΔT冷風(fēng)與果蔬間的平均溫差K令K=24.28·(1Ncol)0.342·[1-exp(-16.875·RB)]·[1-exp(-0.675Ncol)]·Nraw·Nlayer·Nstack...(4)]]>得 ②風(fēng)機(jī)頻率與風(fēng)壓的關(guān)系方程 其中Hz風(fēng)機(jī)運行的頻率③風(fēng)機(jī)運行能量消耗計算公式
其中Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)的額定功率④制冷系統(tǒng)產(chǎn)出的瞬態(tài)冷量計算公式 其中tC制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度 制冷機(jī)瞬態(tài)供冷速率w⑤溫度與溫差間的計算公式tC+ΔTE＝tG-ΔT (9)其中tG預(yù)冷貨物溫度℃ΔTE制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)換熱溫差K⑥制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)換熱溫差計算公式ΔTE=Q·coolA·α...(10)]]>其中A制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)總換熱面積α制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)表面換熱系數(shù)⑦貨品溫度計算公式 其中t0貨物初溫℃t預(yù)冷時間s⑧能量守恒方程 ⑨風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行方程
式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)構(gòu)成了預(yù)過程各參數(shù)間函數(shù)關(guān)系方程組，是風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行的基本方程組。
其次建立方程組的求解方法方程組中有

ΔP、ΔT、Hz、

tG、ΔTE九個未知數(shù)，9個方程。
方程組的求解是通過計算機(jī)迭代完成的，具體為①把時間分成若干個時間步長，在每一時間步長中，認(rèn)為預(yù)冷過程中各參數(shù)保持不變；②在一個時間步長中，把風(fēng)機(jī)頻率分成若干個頻率步長，利用式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)計算0-50HZ中每個頻率下的各參數(shù)值。
③應(yīng)用公式(9)確定該步長中風(fēng)機(jī)應(yīng)該運行的最小頻率。
④當(dāng)計算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品溫度下降至既定溫度，連接每個時間步長下的風(fēng)機(jī)運行頻率，即得該預(yù)冷工況條件下風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行的曲線。
所述的溫度傳感器5反饋預(yù)冷過程中產(chǎn)品溫度實際的下降過程，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差。具體修改方法為修改優(yōu)化方程組中的公式(8)，公式(8)變?yōu)?

其中tpt為溫度傳感器實際測量溫度。
以下結(jié)合本發(fā)明的技術(shù)方案提供實施例應(yīng)用本發(fā)明方法編制了預(yù)冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行計算程序，預(yù)冷對象與預(yù)冷條件如下表1表1預(yù)冷對象與預(yù)冷裝置條件


圖3、圖4分別為預(yù)冷風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)運行與風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行計算結(jié)果，兩圖比較可知在上述預(yù)冷對象與預(yù)冷裝置條件下，風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)運行預(yù)冷時間需要6小時，而風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行預(yù)冷時間只需5.7小時；風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)運行模式下，風(fēng)機(jī)運行頻率為50Hz，預(yù)冷過程中風(fēng)機(jī)總消耗能量為6.6kwh，風(fēng)機(jī)在優(yōu)化運行模式下，風(fēng)機(jī)運行頻率平均約25Hz，因風(fēng)機(jī)功率消耗與頻率的3次方成正比，優(yōu)化預(yù)冷過程中風(fēng)機(jī)總消耗能量僅為0.825kwh?？梢婎A(yù)冷過程中風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制不僅大大節(jié)約了能量消耗，還能提高預(yù)冷速率。
權(quán)利要求
1.一種差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法，其特征在于采用的部件包括觸摸屏、微處理器、變頻器、風(fēng)機(jī)、溫度傳感器，其中，觸摸屏實現(xiàn)人機(jī)交互，完成基本參數(shù)的輸入；微處理器接收觸摸屏輸入?yún)?shù)和溫度傳感器反饋參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化計算，輸出即時最優(yōu)的風(fēng)機(jī)運行頻率；變頻器接收微處理器輸出風(fēng)機(jī)運行頻率，控制風(fēng)機(jī)按優(yōu)化的頻率運行；風(fēng)機(jī)在變頻器控制下按既定的頻率運行；溫度傳感器反饋預(yù)冷過程中產(chǎn)品溫度實際的下降過程，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差；所述的微處理器，其優(yōu)化計算方程組具體為(1)差壓預(yù)冷過程中冷風(fēng)與果蔬間的瞬態(tài)換熱速率計算公式為 其中 為冷風(fēng)與果蔬間的瞬態(tài)換熱速率w，ΔP為貨箱迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓力差Pa，ΔT為冷風(fēng)與果蔬間的平均溫差K，令K=24.28·(1Ncol)0.342·[1-exp(-16.875·RB)]·[1-exp(-0.675Ncol)]·Nraw·Nlayer·Nstack]]>得 (2)風(fēng)機(jī)頻率與風(fēng)壓的關(guān)系方程 其中Hz為風(fēng)機(jī)運行的頻率；(3)風(fēng)機(jī)運行能量消耗計算公式 其中Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)為風(fēng)機(jī)的額定功率；(4)制冷系統(tǒng)產(chǎn)出的瞬態(tài)冷量計算公式 其中tC為制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度， 為制冷機(jī)瞬態(tài)供冷速率w；(5)溫度與溫差間的計算公式tC+ΔTE＝tG-ΔT ，其中tG為預(yù)冷貨物溫度℃，ΔTE為制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)換熱溫差K；(6)制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)換熱溫差計算公式ΔTE=Q·coolA·α]]>其中A為制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)總換熱面積，α為制冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)表面換熱系數(shù)；(7)貨品溫度計算公式 其中t0為貨物初溫℃，t為預(yù)冷時間s；(8)能量守恒方程 (9)風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行方程
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法，其特征是，所述的觸摸屏，完成Nstack、Ncol、Nraw、Nlayer、RB、ΔP標(biāo)、Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)、Q標(biāo)_制冷機(jī)八個基本參數(shù)的輸入，其中RB為貨箱通風(fēng)面開孔率，Nstack為獨立堆數(shù)，Ncol為垂直風(fēng)向貨箱疊放行數(shù)，Nraw為貨箱碼放列數(shù)，Nlayer為每堆貨物層數(shù)，ΔP標(biāo)為風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)壓Pa，Q標(biāo)_風(fēng)機(jī)為風(fēng)機(jī)的額定功率，Q標(biāo)_制冷機(jī)為制冷機(jī)的額定制冷能力w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法，其特征是，所述的方程組，其求解是通過計算機(jī)迭代完成的，具體為①把時間分成若干個時間步長，在每一時間步長中，認(rèn)為預(yù)冷過程中各參數(shù)保持不變；②在一個時間步長中，把風(fēng)機(jī)頻率分成若干個頻率步長，利用公式計算0-50HZ中每個頻率下的各參數(shù)值。③應(yīng)用公式確定該步長中風(fēng)機(jī)應(yīng)該運行的最小頻率；④當(dāng)計算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品溫度下降至既定溫度，連接每個時間步長下的風(fēng)機(jī)運行頻率，即得該預(yù)冷工況條件下風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行的曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法，其特征是，所述的溫度傳感器，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差，具體修改方法為將公式 其中tC制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度， 制冷機(jī)瞬態(tài)供冷速率；變?yōu)?其中tpt為溫度傳感器實際測量溫度。
全文摘要
一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的差壓預(yù)冷風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化控制方法。本發(fā)明采用的部件包括觸摸屏、微處理器、變頻器、風(fēng)機(jī)、溫度傳感器，其中，觸摸屏實現(xiàn)人機(jī)交互，完成基本參數(shù)的輸入；微處理器接收觸摸屏輸入?yún)?shù)和溫度傳感器反饋參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化計算，輸出即時最優(yōu)的風(fēng)機(jī)運行頻率；變頻器接收微處理器輸出風(fēng)機(jī)運行頻率，控制風(fēng)機(jī)按優(yōu)化的頻率運行；風(fēng)機(jī)在變頻器控制下按既定的頻率運行；溫度傳感器反饋預(yù)冷過程中產(chǎn)品溫度實際的下降過程，修正計算與實際產(chǎn)生的偏差。本發(fā)明采用風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)控制方式，有益效果為最大程度的降低風(fēng)機(jī)能量消耗，提高預(yù)冷速率。風(fēng)機(jī)能量消耗可降低10％－50％，預(yù)冷時間可縮短1％－3％。
文檔編號F25D13/00GK1948873SQ20061011811
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者蘇樹強(qiáng), 李云飛 申請人:上海交通大學(xué)